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测试下一代汽车无线系统

发布日期:2020-05-04

GRCCIoVSecurity

2020-05-04 12:01:27

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下一代汽车,无论其动力如何,都需要新的测试解决方案来应对新的系统基础设施。许多无线系统都支持诸如信息娱乐系统功能之类的扩展。


智能和互联电动车(EV)成为物联网中最复杂的移动客户端(图1)。但是,各种技术的融合也意味着,在不断变化的技术和法规环境中,系统设计人员面临着正确进行系统集成的任务。


图 1. 电动汽车正在成为物联网中最复杂的移动客户端。


融合的工具


对制造商提出的集成交互式导航和流媒体等高级功能的要求,需要同样先进的测试解决方案。在使用个人信息的应用程序中,对性能和合规性验证的需求变得更加重要。这包括免无线卡电子商务,以实现车内商品和服务的付款,从汽油和生物燃料到洗车和汉堡直通车。


基于RF的车辆系统的爆炸式增长不仅限于面向乘客的功能。车辆中用于轮胎压力监控,远程无钥匙进入,软件更新和汽车诊断等功能的基于RF的子系统的数量需要在设计,开发和制造的所有阶段进行彻底测试,以确保获得**结果。其他下一代车载系统包括用于高级驾驶员辅助系统(ADAS)的雷达,诸如eCall的紧急响应系统,以及用于汽车中Wi-Fi移动热点功能的回程(图2)。


图 2.先进的车辆系统不仅限于面向乘客的功能。


座舱内系统的增长给设计团队带来了更大的压力,因为系统集成是一个关键问题。视频可以显示在半透半反表面,仪表板或靠背的监视器上,也可以无线显示在手持式个人设备上。音频传输可以通过车载扬声器,各个位置的耳机插孔或通过车载LAN进行。这些来源中的每一个都需要有自己的支持基础结构。


随着消费者越来越意识到保护其数据和个人信息的必要性,将安全性作为一种功能正变得越来越现实。对安全性的这种需求对于诸如电子商务这样的下一代信息娱乐功能也很重要,在该功能中,必须保护信用卡信息和支付交易。从稳定到安全,这些交易对无线连接的各个方面都提出了要求。


车载无线


无线汽车子系统是一个新近但并非新主意。远程无钥匙进入(RKE)来自无线汽车警报系统,该系统主要用于便捷功能,例如远程门操作和发动机启动。自2014年11月起,所有新注册车辆都必须使用轮胎气压监测系统(TPMS),这是具有悠久历史的另一汽车应用。此外,还有一些无线系统涉及汽车运行和紧急响应,例如ADAS和eCall自动紧急呼叫。


下一代ADAS的开发集成了广泛的技术,产品和服务,旨在帮助驾驶员以更安全,更好的方式操作车辆,并最终向完全自动驾驶过渡。随着ADAS和自动驾驶汽车的发展推动了对每辆汽车上多个高分辨率雷达的需求,汽车雷达技术正在迅速发展。


当今的车辆包括多达100个计算单元和数百万行代码。保持此轮转系统为**状态,或安装新功能,这些功能通常需要前往维修店。由于无线互联网连接可以实现不需要物理状态的服务,因此将创建越来越多的解决方案,这些解决方案需要通过空中更新软件或固件(SOTA / FOTA)。这种空中解决方案当前用于优化车辆而无需转动扳手,并提供新的或改进的功能而无需参观车库。


今天的更新现在可以包括有针对性的营销和销售信息,并且将来可以合并用于抬头显示器和交互式乘客窗口的增强现实数据。除了更新车辆软件外,还可以通过空中管理车辆诊断和维护警报。下一代智能汽车将具有用于诊断的电缆插孔,主要是作为备份,因为大多数汽车诊断和维护数据将启用云功能。


智能交通


所有这一切在一起的地方称为智能交通。作为智能城市理念的一部分,智能交通系统将提供涉及所有不同交通和交通管理模式的创新服务。这种系统最终还将包括与交通和人员流动有关的行人设备和其他非车辆遥测技术。


这种具有车辆及其周围世界的多层通信系统称为“车辆到一切”或V2X。V2X空间进一步细分为车辆到电网,车辆到车辆,车辆到基础设施,车辆到行人以及车辆到网络(图3)。例如,一旦步行式手机成为V2P的一部分,就不仅可以通过空间识别感测来确定一个人的位置。



3.车辆及其周围世界中的多层通信系统被称为V2X。


在V2X领域,专用的短距离通信(DSRC)技术和802.11p标准已得到满足,可以解决短期需求。这是主流V2X部署的第一波浪潮,并补充了正在开发的LTE和5G解决方案。DSRC可以在车辆与周围基础设施之间实现高度安全的高速直接通信,而无需涉及任何蜂窝基础设施。IEEE 802.11p是对IEEE 802.11标准的修订,该标准定义了增强功能以支持智能运输系统(ITS)应用程序。


高移动性通信系统测试中的主要挑战和机遇包括高移动性信道的准确建模,可以利用高移动性环境的特性的收发器结构,可以收获收益的信号处理技术,例如多普勒分集和减轻损伤 例如载波频率偏移,载波间干扰和信道估计误差。


评估汽车系统


必须采取有条不紊的地面方法,以确保车辆,其RF子系统和乘客设备和谐地协同工作。一种方法是从汽车的内部无线配置功能开始,然后评估所涉及的WLAN产品和子系统,评估连接问题,然后研究任何干扰和噪声问题。


第一步是确定您是否在车辆各处都收到WLAN信号。通过在苛刻的操作条件下收集RF测试数据,您可以量化现实世界中的机舱无线特性。确保高质量和稳定的车载服务既需要通信模块的性能数据,也需要来自最终产品的定量数据。


 一旦确定了车辆支持无线环境的能力,验证车辆无线设备和系统的接收器和发射器特性将很有用。误差矢量幅度(EVM)是将理论符号点与实际符号点之间的差异表示为百分比的指标。调制精度较差的产品无法正确接收信号,并且连接断开的次数可能会降低通信速度。


当产品方向改变时,由于内部天线的位置,Tx特性也可能会降低,随着产品方向的改变,调制精度也会发生变化。这是另一个原因,使用尽可能实际的测试情况以反映这些关键但细微的问题非常重要。


此外,当更改设备中的传输速率和调制方法时,调制精度可能会发生显着变化。在幻灯片底部的图像中,它表明某些产品能够在所有传输速率下稳定运行,而其他产品则在传输速率发生变化时会受到调制精度的影响。


由于频率特性的影响,改变设备通道和频率是严重影响调制精度的另一方面。某些产品的调制精度即使在更改频道时也是稳定的,但是其他产品的调制精度会随着频道的变化而变化。正确完成后,对RF发射和接收性能进行有效的仿真和测试将带来更好的产品性能,增强的可靠性和更高的能源效率。


干扰与噪音


干扰搜寻需要具有识别,发现和修复已知干扰源的能力,但这并不总是一件容易的事。不仅拥有正确的工具,而且能够正确识别问题的能力是寻找干扰的关键。有害信号包括非法传输,未锁定和漂移的传输,有线电视馈送泄漏的噪声,电动工具或微波炉,本地大功率无线电设备甚至不受抑制的EMI电磁干扰,甚至是附近建筑物和丘陵的多径信号。来自非法信号和无意信号的干扰都是一个严重的问题,会降低网络性能并中断通信。


来自产品内部不同组件(例如电源,CPU和电动机)的内部无线电干扰(Intra-EMC)可能是导致客户抱怨产品性能不佳的原因之一。换句话说,成品的WLAN Tx和Rx性能可能会降低。电源逆变器,冷却风扇中的电动机以及其他介质等设备发出的噪声会以IntraEMC(电磁兼容性)的形式在WLAN通信中引起故障。


尽管电动机噪声的频率可能低于无线局域网在2.4 / 5 GHz所使用的频带,但是接收器灵敏度性能下降,即使接收信号足够强也会发生错误。使用这种类型的内部EMC,成品本身内部产生的各种噪声频率将对其无线LAN通信功能产生不利影响。


车辆中USB端口的数量不断增加,在2.4 GHz频带中又引起了潜在的噪声干扰问题。USB 3.2 Gen-one标准使高速通信速度达到5 Gb / s,数字传输参考频率为2.5 GHz。除非该设备具有适当的设计,符合性评估和实施泄漏对策,否则这可能会在2.4 GHz频带中作为干扰噪声辐射。


解决这些严重的噪声问题通常需要通过使用测量探头和频谱分析仪,添加滤波器和屏蔽来表征噪声源。降低噪声甚至可能需要采取极端措施,例如重新设计电路板并更改零件布局,以将噪声降至可接受的水平。因此,提高通信质量的**方法是通过性能和合规性评估。


安全保障


创建eCall是为了加快急救人员的动员速度,它是一种用于汽车的紧急救援信息系统,可将交通事故信息(包括事故地点)自动传输到紧急援助中心或公共安全应答点或PSAP。除在欧洲部署外,eCall系统还将在亚洲的东盟成员国中部署。该规定适用于驾驶员座位不超过8个的乘用车以及最大载重量不超过3.5吨的卡车。


车载系统的传感器检测到危及生命的车祸后,就会自动激活eCall,触发它拨打欧洲紧急电话112,建立与相应紧急呼叫中心的电话链接。该系统使用基于欧洲的伽利略卫星定位网络和欧洲对地静止导航叠加服务(EGNOS)。ERA-GLONASS,俄罗斯的自动紧急响应系统和欧盟的eCall具有相似的功能,并且正在整个俄罗斯和欧盟成员国中形成公共的道路安全空间。


由于eCall呼叫使用蜂窝移动网络,因此需要使用各种变化的参数和网络信号强度进行复杂的评估。例如,当在使用LTE的通信过程中发生交通事故时,IVS必须在事故发生之前立即使用分组数据通信发布。通过使用CS后备功能切换无线通信网络,eCall可在GSM或W-CDMA上运行。


展望


乘用车在不断变化的IT环境中的作用只会继续增长,而电子设计社区则需要负担整合和部署**技术和解决方案的负担。由于基于云的功能的实现,汽车在社会中的作用正在发生根本性的变化。电子技术的发展需要**的流程和工具,以确保所涉及的所有设备和系统单独运行并以**水平一起运行。




作者: Alix Paultre


陆军老将阿里克斯·保尔特(Alix Paultre),是80年代初在东西德边境的信号情报员。他于1998年在《电子产品》杂志上担任该行业的编辑。他位于德国。


摘自:EETimes Europe




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